伺服電機解析，什么是伺服系統(tǒng)？伺服電機的使用與注意事項

　　伺服可作為交流或直流電動機。早期一般伺服直流電動機，因為只有類型的控制大電流是通過序列多年。隨著晶體管成為能夠控制大電流和開關的大電流在更高的頻率，交流伺服電機成為更經常地使用。早期伺服是專為伺服放大器。今天，一類是電機設計的應用，籌措，可能使用伺服放大器或變頻控制器，這意味著電動機可用于伺服系統(tǒng)在一個應用程序，并使用變頻驅動器在另一應用程序。有些公司還要求任何閉環(huán)系統(tǒng)，不使用步進電機伺服系統(tǒng)，所以它是可能的一個簡單的交流感應電機是連接到一個速度控制器，被稱為伺服電機。

　　伺服電機（servo motor ）是指在伺服系統(tǒng)中控制機械元件運轉的發(fā)動機，是一種補助馬達間接變速裝置。伺服電機可使控制速度，位置精度非常準確，可以將電壓信號轉化為轉矩和轉速以驅動控制對象。伺服電機轉子轉速受輸入信號控制，并能快速反應，在自動控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，且具有機電時間常數小、線性度高、始動電壓等特性，可把所收到的電信號轉換成電動機軸上的角位移或角速度輸出。分為直流和交流伺服電動機兩大類，其主要特點是，當信號電壓為零時無自轉現象，轉速隨著轉矩的增加而勻速下降。

　　準確講，伺服電機是一種數字化控制的電機，能夠將電能轉換為機械能，用于定位控制。其位移是通過脈沖信號數量控制的，轉速是通過脈沖頻率控制的。伺服電機屬于閉環(huán)控制的電機，必須采集電機旋轉軸的編碼器信號，才能夠實現控制。與此相反的，是步進電機，這種電機能夠實現開環(huán)控制。通常伺服電機，不是說“容量”，而是說功率。其功率能夠做的很小，也可以做得非常大，甚至幾十或者幾百千瓦。

　　什么是伺服系統(tǒng)

　　伺服驅動系統(tǒng)（Servo System）簡稱伺服系統(tǒng)，是一種以機械位置或角度作為控制對象的自動控制系統(tǒng)，例如數控車床等。使用在伺服系統(tǒng)中的驅動電機要求具有響應速度快、定位準確、轉動慣量（使用在電機系統(tǒng)中的伺服電機轉動慣量較大，為了能夠和絲杠等機械部件直接相連。伺服電機有一種專門的小慣量電機，為了得到極高的響應速度。但這類電機的過載能力低，當使用在進給伺服系統(tǒng)中時，必須加減速裝置。轉動慣量反映了系統(tǒng)的加速度特性，在選擇伺服電機時，系統(tǒng)的轉動慣量不能大于電機轉數慣量的3倍）較大等特點，這類專用的電機稱為伺服電機。當然，其基本工作原理和普通的交直流電動機沒有什么不同。該類電機的專用驅動單元稱為伺服驅動單元，有時簡稱為伺服，一般其內部包括電流、速度/或位置閉環(huán)。

　　伺服系統(tǒng)：是使物體的位置、方位、狀態(tài)等輸出被控量能夠跟隨輸入目標（或給定值）的任意變化的自動控制系統(tǒng)。伺服的主要任務是按控制命令的要求、對功率進行放大、變換與調控等處理，使驅動裝置輸出的力矩、速度和位置控制的非常靈活方便。 伺服電機工作原理：伺服電機又稱執(zhí)行電動機，在自動控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，把所收到的電信號轉換成電動機軸上的角位移或角速度輸出。其主要特點是，當信號電壓為零時無自轉現象，轉速隨著轉矩的增加而勻速下降。

　　伺服電機是一個典型閉環(huán)反饋系統(tǒng)，減速齒輪組由電機驅動，其終端（輸出端）帶動一個線性的比例電位器作位置檢測，該電位器把轉角坐標轉換為一比例電壓反饋給控制線路板，控制線路板將其與輸入的控制脈沖信號比較，產生糾正脈沖，并驅動電機正向或反向地轉動，使齒輪組的輸出位置與期望值相符，令糾正脈沖趨于為0，從而達到使伺服電機精確定位的目的。伺服電機內部的轉子是永磁鐵，驅動器控制的U/V/W三相電形成電磁場，轉子在此磁場的作用下轉動，同時電機自帶的編碼器反饋信號給驅動器，驅動器根據反饋值與目標值進行比較，調整轉子轉動的角度。伺服電機的精度決定于編碼器的精度（線數）。

　　交流伺服電動機定子的構造基本上與電容分相式單相異步電動機相似。其定子上裝有兩個位置互差90°的繞組，一個是勵磁繞組Rf，它始終接在交流電壓Uf上；另一個是控制繞組L，聯接控制信號電壓Uc。所以交流伺服電動機又稱兩個伺服電動機。

　　交流伺服電動機的轉子通常做成鼠籠式，但為了使伺服電動機具有較寬的調速范圍、線性的機械特性，無“自轉”現象和快速響應的性能，它與普通電動機相比，應具有轉子電阻大和轉動慣量小這兩個特點。目前應用較多的轉子結構有兩種形式：一種是采用高電阻率的導電材料做成的高電阻率導條的鼠籠轉子，為了減小轉子的轉動慣量，轉子做得細長；另一種是采用鋁合金制成的空心杯形轉子，杯壁很薄，僅0.2-0.3mm，為了減小磁路的磁阻，要在空心杯形轉子內放置固定的內定子?？招谋无D子的轉動慣量很小，反應迅速，而且運轉平穩(wěn)，因此被廣泛采用。

　　交流伺服電動機在沒有控制電壓時，定子內只有勵磁繞組產生的脈動磁場，轉子靜止不動。當有控制電壓時，定子內便產生一個旋轉磁場，轉子沿旋轉磁場的方向旋轉，在負載恒定的情況下，電動機的轉速隨控制電壓的大小而變化，當控制電壓的相位相反時，伺服電動機將反轉。

　　伺服電機的使用方法

　　交流伺服電機的轉子通常做成鼠籠式，但為了使伺服電機具有較寬的調速范圍、線性的機械特性，無“自轉”現象和快速響應的性能，它與普通電動機相比，應具有轉子電阻大和轉動慣量小這兩個特點。

　　目前應用較多的轉子結構有兩種形式：一種是采用高電阻率的導電材料做成的高電阻率導條的鼠籠轉子，為了減小轉子的轉動慣量，轉子做得細長；另一種是采用鋁合金制成的空心杯形轉子，杯壁很薄，僅0.2-0.3mm，為了減小磁路的磁阻，要在空心杯形轉子內放置固定的內定子?？招谋无D子的轉動慣量很小，反應迅速，而且運轉平穩(wěn)，因此被廣泛采用。

　　1、接線

　　將控制卡斷電，連接控制卡與伺服之間的信號線。以下的線是必須要接的：控制卡的模擬量輸出線、使能信號線、伺服輸出的編碼器信號線。復查接線沒有錯誤后，電機和控制卡（以及PC）上電。此時電機應該不動，而且可以用外力輕松轉動，如果不是這樣，檢查使能信號的設置與接線。用外力轉動電機，檢查控制卡是否可以正確檢測到電機位置的變化，否則檢查編碼器信號的接線和設置。

　　2、試方向

　　對于一個閉環(huán)控制系統(tǒng)，如果反饋信號的方向不正確，后果肯定是災難性的。通過控制卡打開伺服的使能信號。這是伺服應該以一個較低的速度轉動，這就是傳說中的“零漂”。一般控制卡上都會有抑制零漂的指令或參數。使用這個指令或參數，看電機的轉速和方向是否可以通過這個指令（參數）控制。如果不能控制，檢查模擬量接線及控制方式的參數設置。確認給出正數，電機正轉，編碼器計數增加；給出負數，電機反轉轉，編碼器計數減小。如果電機帶有負載，行程有限，不要采用這種方式。測試不要給過大的電壓，建議在1V以下。如果方向不一致，可以修改控制卡或電機上的參數，使其一致。

　　3、抑制零漂

　　在閉環(huán)控制過程中，零漂的存在會對控制效果有一定的影響，最好將其抑制住。使用控制卡或伺服上抑制零飄的參數，仔細調整，使電機的轉速趨近于零。由于零漂本身也有一定的隨機性，所以，不必要求電機轉速絕對為零。

　　伺服電機本身具備發(fā)出脈沖的功能，所以伺服電機每旋轉一個角度，都會發(fā)出對應數量的脈沖，這樣，和伺服電機接受的脈沖形成了呼應，或者叫閉環(huán)，如此一來，系統(tǒng)就會知道發(fā)了多少脈沖給伺服電機，同時又收了多少脈沖回來，這樣，就能夠很精確的控制電機的轉動，從而實現精確的定位，可以達到0.001mm。

　　直流伺服電機分為有刷和無刷電機。有刷電機成本低，結構簡單，啟動轉矩大，調速范圍寬，控制容易，需要維護，但維護不方便（換碳刷），產生電磁干擾，對環(huán)境有要求。因此它可以用于對成本敏感的普通工業(yè)和民用場合。

　　伺服電機使用注意事項

　　伺服電機的應用越來越廣泛，雖然質量越來越好，但如果日常使用中不注意維護與保養(yǎng)，再好的產品也經不起折騰。下面我們簡單總結一下伺服電機的使用注意事項：

　　1、伺服電機維護與保養(yǎng)

　?。?）伺服電機雖然擁有很高的防護等級，可以用在多塵、潮濕或油滴侵襲的場所，但并不意味著你就能把它浸在水里工作，應盡量將其置于相對干凈的環(huán)境中。

　?。?）如果伺服電機連接到一個減速齒輪，使用伺服電機時應當加油封，以防止減速齒輪的油進入伺服電機。

　?。?）定期檢查伺服電機，確保外部沒有致命的損傷;

　?。?）定期檢查伺服電機的固定部件，確保連接牢固;

　?。?）定期檢查伺服電機輸出軸，確保旋轉流暢;

　?。?）定期檢查伺服電機的編碼器連接線以及伺服電機的電源連接器，確認其連接牢固;

　?。?）定期檢查伺服電機的散熱風扇是否轉動正常;

　?。?）及時清理伺服電機上面的灰塵、油污，確保伺服電機處于正常狀態(tài);

　　2、保護伺服電機電纜

　?。?）確保電纜不因外部彎曲力或自身重量而受到力矩或垂直負荷，尤其是在電纜出口處或連接處。

　?。?）在伺服電機移動的情況下，應把電纜牢固地固定到一個靜止的部分（相對電機），并且應當用一個裝在電纜支座里的附加電纜來延長它，這樣彎曲應力可以減到最小。

　?。?）電纜的彎頭半徑做到盡可能大。

　?。?）伺服電機的電纜不要浸沒在油或水中。

　　3、確定伺服電機允許的軸端負載

　?。?）確保在安裝和運轉時加到伺服電機軸上的徑向和軸向負載控制在每種型號的規(guī)定值以內。

　?。?）在安裝一個剛性聯軸器時要格外小心，特別是過度的彎曲負載可能導致軸端和軸承的損壞或磨損

　?。?）最好用柔性聯軸器，以便使徑向負載低于允許值，此物是專為高機械強度的伺服電機設計的。

　?。?）關于允許軸負載，請參閱使用說明書。

　　4、伺服電機安裝注意事項

　?。?）在安裝/拆卸耦合部件到伺服電機軸端時，不要用錘子直接敲打軸端。（如果錘子直接敲打軸端，會造成伺服電機軸另一端的編碼器要被敲壞）

　?。?）竭力使軸端對齊到最佳狀態(tài)（否則可能導致振動或軸承損壞）。